(57)【要約】多数の中空糸膜の束を上側固定部材及び下側固定部材の間に平面状に固定した濾過膜モジュールを有する浸漬型膜濾過ユニットにおいて、エアースクラビング洗浄の効果を妨げることなく、曝気動力の低減を図るために、浸漬型膜濾過ユニットにおける濾過膜モジュール（１０）を以下のように配する。中空糸膜（１１）を固定する上側固定部材（２１）と下側固定部材（２２）との間の距離Ｄ＝１１５０ｍｍ、中空糸膜（１１）の最大長さＬ＝１１８５ｍｍである濾過膜モジュール（１０）を、中空糸膜（１１）を固定する複数の下側固定部材（２２）の厚さｄ＝３０ｍｍとし、下側固定部材（２２）の厚さ方向の中央に幅ａ＝約２０ｍｍで中空糸膜（１１）の束を固定する。下側固定部材（２２）の厚さ方向の両側の中空糸膜（１１）が存在しない部分の幅ｂ＝５ｍｍとし、更に、隣接する下側固定部材（２２）の間の距離ｃ＝３〜７ｍｍに設定する。
2012008115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の中空糸膜の束を上側固定部材及び下側固定部材の間に平面状に固定した複数の濾過膜モジュールと、該複数の濾過膜モジュールを取り囲む囲繞ケーシングと、該複数の濾過膜モジュールの下方から気泡を供給する曝気パイプとを有する浸漬型膜濾過ユニットであって、隣接する濾過膜モジュール間の間隔が３〜７ｍｍの範囲であることを特徴とする浸漬型膜濾過ユニット。
【請求項２】
前記上側固定部材及び前記下側固定部材間の距離をＤ、前記上側固定部材及び前記下側固定部材間に固定される中空糸膜の長さをＬとした場合に、５００ｍｍ≦Ｄ≦１０００ｍｍ、Ｄ／Ｌ≧０．９６である請求項１に記載の浸漬型膜濾過ユニット。
【請求項３】
前記上側固定部材及び前記下側固定部材間の距離をＤ、前記上側固定部材及び前記下側固定部材間に固定される中空糸膜の長さをＬとした場合に、１０００ｍｍ＜Ｄ≦１５００ｍｍ、Ｄ／Ｌ≧０．９７である請求項１に記載の浸漬型膜濾過ユニット。
【請求項４】
前記上側固定部材及び前記下側固定部材間の距離をＤ、前記上側固定部材及び前記下側固定部材間に固定される中空糸膜の長さをＬとした場合に、１５００ｍｍ＜Ｄ≦２０００ｍｍ、Ｄ／Ｌ≧０．９８である請求項１に記載の浸漬型膜濾過ユニット。
【請求項５】
前記上側固定部材及び前記下側固定部材間の距離をＤ、前記上側固定部材及び前記下側固定部材間に固定される中空糸膜の長さをＬとした場合に、２０００ｍｍ＜Ｄ≦３０００ｍｍ、Ｄ／Ｌ≧０．９９である請求項１に記載の浸漬型膜濾過ユニット。
【請求項６】
隣接する濾過膜モジュール間において、隣接する濾過膜モジュール間の距離をｃ、前記上側固定部材及び前記下側固定部材のそれぞれの厚さ方向における端面から中空糸膜の固定位置までの距離をｂとした場合に、２ｂ＋ｃ＝１３〜１７ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の浸漬型膜濾過ユニット。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の浸漬型膜濾過ユニットを複数備えたことを特徴とする浸漬型膜濾過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は浸漬型膜濾過ユニット及び浸漬型膜濾過装置に関し、より詳細には、気泡によるスクラビング洗浄の効率を維持しつつ小型化及び省エネルギー化を図った浸漬型膜濾過ユニット、及びこれを用いた浸漬型膜濾過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、飲料水製造、浄水処理、排水処理などの水処理分野において、水中の浮遊物の濾過や不純物の除去に有効な中空糸膜を用いた浸漬型膜濾過ユニットからなる濾過装置が用いられるようになってきている。また、食品工業の分野においては、発酵に用いた酵母の分離除去や液体の濃縮を目的として、中空糸膜を用いた装置が用いられている。中空糸膜を用いたこれらの装置を使用することにより、少ないエネルギーで水の再生、濾過、濃縮等を行うことができるので、近時の省エネルギーによる地球温暖化防止の観点からも、注目を集めている。【０００３】
このような浸漬型膜濾過ユニットは、図１に示すように、多数の中空糸膜１１を束ねて上側固定部材２１及び下側固定部材２２の間に平面状に固定した濾過膜モジュール１０を有しており、この濾過膜モジュール１０を更に複数枚使用することにより濾過ユニット１が構成されている。【０００４】
図３（ａ）は濾過膜モジュール１０を備えた濾過ユニット１を模式的に表しており、囲繞ケーシング１４の内側には、図３（ｂ）に示す数枚の濾過膜モジュール１０が収められている。各濾過膜モジュール１０は一定の間隔で並べられている。囲繞ケーシング１４の下部には、濾過膜モジュール１０の間に曝気用の気泡を供給するための曝気パイプ１６が設けられている。曝気パイプ１６からの気泡により、囲繞ケーシング１４内に下方から上方に抜ける水流が発生するとともに、中空糸膜１１のエアースクラビング洗浄が行われる。このような濾過ユニット１は、単独又は複数並べて汚泥水等の汚水を貯留する水槽に浸漬される。汚水に含まれる水は、濾過膜モジュール１０の多数の中空糸膜１１の管壁を通過することにより、浄化された処理水となる。浄化後の処理水は集められ、再利用等に供されることになる。【０００５】
このような濾過ユニット１では、継続運転により中空糸膜１１の表面に固形物が次第に堆積してくる。このような堆積物を除去するため、上述のようにエアースクラビング洗浄が行われる。このエアースクラビング洗浄時の曝気動力は、漬型膜濾過装置の全体の消費動力において大きな割合を占めており、従って、エアースクラビング洗浄の効率を改善すれば曝気動力の低減を図ることができ、浸漬型膜濾過装置の消費動力の低減に大きく寄与すると考えられる。【０００６】
エアースクラビング洗浄の効率を改善するために、中空糸膜を固定する上下のボンディング部に貫通孔を設けること（特許文献１）や、膜洗浄時に中空糸膜の束の充填密度を下げること（特許文献２）が検討されているが、洗浄時の曝気動力の十分な低減には至っていないのが実情である。【０００７】
図１に示す平面状に中空糸膜を並べた濾過膜モジュール１０を多数枚用いた濾過ユニット１の場合、洗浄時の曝気動力を低減するために、隣接する濾過膜モジュール１０間の間隔を小さく設定することが考えられる。濾過膜モジュール１０間の間隔が小さいと、濾過ユニット１の設置面積（水平断面積）が小さくなり中空糸膜１１の単位設置面積あたりの密度が大きくなるため、同じ曝気風量でも曝気効率が向上し、結果としてエアースクラビング洗浄時の曝気動力を低減させることができる。【０００８】
しかし、濾過膜モジュール１０間の間隔を極端に小さく設定すると、曝気パイプ１６から供給される気泡は濾過膜モジュール１０の間を上昇せず、囲繞ケーシング１４と濾過膜モジュール１０との間を上昇してしまい、更には、気泡が囲繞ケーシング１４の外側を通過してしまい、エアースクラビング洗浄の効果が大きく低下してしまうことになる。また、汚水中に存在する夾雑物が上下の固定部材２１及び２２や中空糸膜１１に絡まってスクラビング洗浄を妨げ、洗浄不良等のトラブルを引き起こすことがある。このような夾雑物を除去するために、通常、汚水は予め１ｍｍ程度の間隔のバースクリーンを通した後に濾過装置に供給される。しかし、バースクリーンを設けても夾雑物は完全には除去され得ないため、濾過膜モジュール１０間の間隔によっては、固定部材２１及び２２や中空糸膜１１に絡まってスクラビング洗浄が妨げられることになる。このようなことを考慮して、濾過膜モジュール１０間の間隔は１２ｍｍ程度の必要以上に大きな値に設定されており、そのためエアースクラビング洗浄に多量のエアーが必要となり、曝気動力の低減効果を大きくすることはできないのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００７／０４００３５号
【特許文献２】特開平９−２６２４４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明は、多数の中空糸膜の束を上側固定部材及び下側固定部材の間に平面状に固定した濾過膜モジュールにおいて、エアースクラビング洗浄の効果を妨げることなく、濾過膜モジュール１０間の間隔を小さく設定することにより、濾過膜ユニットを小型化し、膜濾過における曝気動力の低減して、省エネルギーを図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の浸漬型膜濾過ユニットは、多数の中空糸膜の束を上側固定部材及び下側固定部材の間に平面状に固定した複数の濾過膜モジュールと、該複数の濾過膜モジュールを取り囲む囲繞ケーシングと、該複数の濾過膜モジュールの下方から気泡を供給する曝気パイプとを有する浸漬型膜濾過ユニットであって、隣接する濾過膜モジュール間の間隔が３〜７ｍｍの範囲であることを特徴とする。【００１２】
ここで、中空糸膜の弛みが大きいほど中空糸膜が大きく揺れ動くため、この弛みが大きいほどエアースクラビング洗浄の効果は高くなると考えられる。しかし、中空糸膜の弛みが大きすぎると、図２に示すように、気泡により生じる水流が矢印２４に示すように濾過膜モジュール１０の側方に逸れてしまい、図２の符号２５で示す領域では水流が弱くなってしまう。その結果、エアースクラビング洗浄の効果が低くなり、汚泥などの汚れが洗浄されずに付着したまま残存する。この汚れはさらに成長し、最終的には濾過に支障をきたす。【００１３】
従って、中空糸膜の弛みは適度であることが好ましい。また、上側固定部材及び下側固定部材間の距離が大きいほど、中空糸膜の弛みが小さいことが好ましい。具体的には、前記上側固定部材及び前記下側固定部材間の距離をＤ、前記上側固定部材及び前記下側固定部材間に固定される中空糸膜の長さをＬとした場合、５００ｍｍ≦Ｄ≦１０００ｍｍの場合には、Ｄ／Ｌ≧０．９６であることが好ましく、１０００ｍｍ＜Ｄ≦１５００ｍｍの場合には、Ｄ／Ｌ≧０．９７であることが好ましく、１５００ｍｍ＜Ｄ≦２０００ｍｍの場合には、Ｄ／Ｌ≧０．９８であることが好ましく、２０００ｍｍ＜Ｄ≦３０００ｍｍの場合には、Ｄ／Ｌ≧０．９９であることが好ましい。【００１４】
また、上記においては、隣接する濾過膜モジュール間において、隣接する濾過膜モジュール間の距離をｃ、前記上側固定部材及び前記下側固定部材のそれぞれにおける厚さ方向における端面から中空糸膜の固定位置までの距離をｂとした場合に、２ｂ＋ｃ＝１３〜１７ｍｍであることが好ましい。この２ｂ＋ｃの値は、中空糸膜に弛みが生じていないとした場合における隣接する浸漬型膜濾過ユニットの中空糸膜間の距離を表している。【００１５】
更に、本発明の浸漬型膜濾過装置は、上記何れかの浸漬型膜濾過ユニットを複数備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の浸漬型膜濾過ユニットでは、隣接する濾過膜モジュールの中空糸膜の固定位置の間の最近接距離が３〜７ｍｍの範囲に設定されているため、曝気パイプから供給される気泡は複数の濾過膜モジュールの間を下方から上方に向かって上昇し、エアースクラビング洗浄の効果が妨げられることはない。しかも、夾雑物の中空糸膜への絡まりは発生しない。更に、従来の浸漬型膜濾過ユニットよりも断面積を小さくすることができるので、エアースクラビング洗浄時の曝気動力の低減を図ることが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明及び従来の浸漬型膜濾過ユニットに使用される濾過膜モジュールを模式的に示す斜視図である。
【図２】平面状に中空糸膜を並べた濾過膜モジュールにおいて、中空糸膜をスクラビング洗浄する水流が側方に逸れる様子を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は、濾過膜モジュール１０を備えた濾過ユニット１を模式的に示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）における外側の囲繞ケーシング１４を取り去った内部を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る浸漬型膜濾過ユニットの、図３におけるＰ−Ｐ線矢視断面図である。
【図５】図４の浸漬型膜濾過ユニットの下側固定部材における中空糸膜の固定位置を示す断面図である。
【図６】図４及び図５に示す浸漬型膜濾過ユニットを用いて実際に汚水処理を行った試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態について、図面を参照しながら以下に説明するが、本発明は以下の記載に限定されるものではない。本発明の一実施形態に係る浸漬型膜濾過ユニット１は、前述の図３と同様の概略構成を有し、図１の斜視図に模式的に示す濾過膜モジュール１０を複数枚備えている。濾過膜モジュール１０では、前述のように多数の中空糸膜１１の束が上側固定部材２１及び下側固定部材２２の間に固定され、上側固定部材２１及び下側固定部材２２は２本の支柱２６によって一定の距離に保持されて固定されている。中空糸膜１１は濾過膜を管壁とする中空の微細な糸であり、汚水は中空糸膜１１の外部から内部に通過する際に濾過される。
【００１９】
図４は図３に示す浸漬型膜濾過ユニット１のＰ−Ｐ線矢視断面図である。図４では３枚の濾過膜モジュール１０が画かれているが、実際の浸漬型膜濾過ユニット１は、約５０枚の濾過膜モジュール１０を有している。本実施形態においては、濾過膜モジュール１０として、三菱レイヨン・エンジニアリング（株）製の膜ユニットＳＡＤＦ１５９０Ｒを使用した。この濾過膜モジュール１０は、図１及び図４に示すように、上側固定部材２１と下側固定部材２２との間の距離Ｄ＝１１５０ｍｍであり、上側固定部材２１と下側固定部材２２との間には、外径約２．８ｍｍ、長さＬ＝１１８５ｍｍ（最長）の中空糸膜１１が張られている。従って、距離Ｄと長さＬとの比Ｄ／Ｌ＝０．９７である。
【００２０】
上述のように、本実施形態では中空糸膜の長さＬ＞上下の固定部材間の距離Ｄの関係にあるので、中空糸膜１１は上側固定部材２１及び下側固定部材２２の間に弛みが生じるように固定されることとなり、これにより曝気による適切なスクラビング洗浄が可能となっている。これにより、中空糸膜１１は目詰まりすることなく継続して濾過を行うことが可能となる。
【００２１】
図５は、浸漬型膜濾過ユニット１の下部における下側固定部材２２の配置を表している。本実施形態の浸漬型膜濾過ユニット１では、３つの下側固定部材２２は、それぞれ厚さｄ＝３０ｍｍであり、上側固定部材２１も同じ厚さを有している。また、下側固定部材２２においては、その厚さ方向の中央に中空糸膜１１の束が幅ａ＝約２０ｍｍで固定されており、下側固定部材２２の厚さ方向の両側の幅ｂ＝５ｍｍの部分には中空糸膜１１が存在していない。更に、隣接する下側固定部材２２の間の距離ｃ＝５ｍｍに設定されている。このような配置では、中空糸膜に弛みが生じていないとした場合における隣接する浸漬型膜濾過ユニットの中空糸膜間の距離２ｂ＋ｃは、１５ｍｍとなる。
【００２２】
このような配置を有する図５の浸漬型膜濾過ユニット１を用いて、実際に汚水の濾過試験を行い、その結果を図６に示した。横軸は試験開始からの日数であり、最初に、隣接するモジュール１０間の距離ｃ＝１２ｍｍである従来の浸漬型膜濾過ユニットについての試験（図６の左側）を３１日間行い、続いて隣接するモジュール１０間の距離ｃ＝５ｍｍである本発明の浸漬型膜濾過ユニットについての試験（図６の右側）３１日間を行った。本試験においては、濾過流束を約０．６ｍ／ｄの一定値に設定するとともに、濾過ユニット内の空塔速度が同じとなるように曝気風量を調整し、従来の浸漬型膜濾過ユニットについての曝気風量を１とした場合の本発明の浸漬型膜濾過ユニットの曝気風量の比を測定した。濾過差圧は濾過による中空糸膜１１の汚れ（目詰まり）の指標となる測定値であり、中空糸膜１１の汚れが多くなるほど濾過差圧は大きくなる。
【００２３】
これらの試験結果から、図６に示すように、従来の浸漬型膜濾過装置の曝気風量に対する本発明の浸漬型膜濾過ユニットの曝気風量の比は約０．８４となり、本発明の装置の方が曝気動力が低減されていることが分かる。また、濾過差圧の挙動に関しても、曝気風量の低下によるエアースクラビング洗浄効果の低下はなく、従来の装置と同等の結果が得られた。更に、この試験の間、従来及び本発明の浸漬型膜濾過装置の何れにおいても、夾雑物の上側固定部材２１、下側固定部材２２及び中空糸膜１１への絡まりなどは観察されなかった。
【００２４】
本実施形態では、３枚の濾過膜モジュール１０を用いた浸漬型膜濾過ユニット１について説明したが、実際の装置では、更に多くの濾過膜モジュール１０が使用されることは言うまでもない。また、濾過膜モジュール１０の大きさ、換言すれば中空糸膜１１の本数及び長さも、使用目的に応じて変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の浸漬型膜濾過ユニットは、飲料水製造、浄水処理、排水処理などの水処理、特に、ＭＢＲ（Membrane Bio Reactor、膜分離活性汚泥法）を用いた水処理の分野や、食品工業の分野で利用可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１  浸漬型膜濾過ユニット
１０  濾過膜モジュール
１１  中空糸膜
１４  囲繞ケーシング
１６  曝気パイプ
２１  上側固定部材
２２  下側固定部材
２６  支柱
【図１】
2012008115.tif 000003
【図２】
2012008115.tif 000004
【図３】
2012008115.tif 000005
【図４】
2012008115.tif 000006
【図５】
2012008115.tif 000007
【図６】
2012008115.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成24年5月7日(2012.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
多数の中空糸膜の束を上側固定部材及び下側固定部材の間に平面状に固定した複数の濾過膜モジュールと、該複数の濾過膜モジュールを取り囲む囲繞ケーシングと、該複数の濾過膜モジュールの下方から気泡を供給する曝気パイプとを有する浸漬型膜濾過ユニットであって、隣接する濾過膜モジュール間の間隔が３〜７ｍｍの範囲であり、前記上側固定部材及び前記下側固定部材間の距離をＤ、前記上側固定部材及び前記下側固定部材間に固定される中空糸膜の長さをＬとした場合に、５００ｍｍ≦Ｄ≦１０００ｍｍ、Ｄ／Ｌ≧０．９６であり、中空糸膜が弛みをもって固定される浸漬型膜濾過ユニット。
【請求項３】
多数の中空糸膜の束を上側固定部材及び下側固定部材の間に平面状に固定した複数の濾過膜モジュールと、該複数の濾過膜モジュールを取り囲む囲繞ケーシングと、該複数の濾過膜モジュールの下方から気泡を供給する曝気パイプとを有する浸漬型膜濾過ユニットであって、隣接する濾過膜モジュール間の間隔が３〜７ｍｍの範囲であり、前記上側固定部材及び前記下側固定部材間の距離をＤ、前記上側固定部材及び前記下側固定部材間に固定される中空糸膜の長さをＬとした場合に、１０００ｍｍ＜Ｄ≦１５００ｍｍ、Ｄ／Ｌ≧０．９７であり、中空糸膜が弛みをもって固定される浸漬型膜濾過ユニット。
【請求項４】
多数の中空糸膜の束を上側固定部材及び下側固定部材の間に平面状に固定した複数の濾過膜モジュールと、該複数の濾過膜モジュールを取り囲む囲繞ケーシングと、該複数の濾過膜モジュールの下方から気泡を供給する曝気パイプとを有する浸漬型膜濾過ユニットであって、隣接する濾過膜モジュール間の間隔が３〜７ｍｍの範囲であり、前記上側固定部材及び前記下側固定部材間の距離をＤ、前記上側固定部材及び前記下側固定部材間に固定される中空糸膜の長さをＬとした場合に、１５００ｍｍ＜Ｄ≦２０００ｍｍ、Ｄ／Ｌ≧０．９８であり、中空糸膜が弛みをもって固定される浸漬型膜濾過ユニット。
【請求項５】
多数の中空糸膜の束を上側固定部材及び下側固定部材の間に平面状に固定した複数の濾過膜モジュールと、該複数の濾過膜モジュールを取り囲む囲繞ケーシングと、該複数の濾過膜モジュールの下方から気泡を供給ずる曝気パイプとを有する浸漬型膜濾過ユニットであって、隣接する濾過膜モジュール間の間隔が３〜７ｍｍの範囲であり、前記上側固定部材及び前記下側固定部材間の距離をＤ、前記上側固定部材及び前記下側固定部材間に固定される中空糸膜の長さをＬとした場合に、２０００ｍｍ＜Ｄ≦３０００ｍｍ、Ｄ／Ｌ≧０．９９であり、中空糸膜が弛みをもって固定される浸漬型膜濾過ユニット。
【請求項６】
隣接する濾過膜モジュール間において、隣接する濾過膜モジュール間の距離をｃ、前記上側固定部材及び前記下側固定部材のそれぞれの厚さ方向における端面から中空糸膜の固定位置までの距離をｂとした場合に、２ｂ＋ｃ＝１３〜１７ｍｍであることを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の浸漬型膜濾過ユニット。
【請求項７】
請求項２〜６の何れかに記載の浸漬型膜濾過ユニットを複数備えたことを特徴とする浸漬型膜濾過装置。
【国際調査報告】
2012008115.tif 000009
2012008115.tif 000010